Как далеко вы сможете добраться до Марса со сверхбезопасными ядерными двигателями и водородным топливом, чтобы при этом иметь возможность вернуться на Землю в чрезвычайной ситуации?

Новостной выпуск NPR (аудио + стенограмма) Может ли ядерная энергия помочь в путешествии на Марс? содержит следующее:

ВИШАЛ ПАТЕЛЬ: Если вы хотите полететь на Марс, атомная энергетика — разумный выбор.

БРУМФИЛ: Вишал Патель — ученый-ядерщик из компании Ultra Safe Nuclear Corporation. Они работают над версией ракеты, в которой будет использоваться ядерный реактор. Реактор будет нагревать газообразный водород и выпускать его через сопло. Это намного эффективнее химического двигателя. Ядерная ракета могла бы совершить полет туда и обратно всего за половину времени, необходимого для обычных ракет. Это также позволит астронавтам вернуться домой, если они столкнутся с чрезвычайной ситуацией в начале своего путешествия. Патель признает, что запуск ядерного реактора с Земли может заставить людей нервничать. Но, по его словам, Ultra Safe Nuclear Corporation усердно работает над тем, чтобы сделать его сверхбезопасным.

Вопрос: С учетом того, что известно или предполагается о характеристиках двигателя Ultra Safe Nuclear Corporation, использующего водород в качестве реакционной массы, и с разумной оценкой того, на что может быть похожа односторонняя транспортировка 1 небольшого экипажа на Марс, насколько далеко от Земли можно улететь и еще сможет вернуться на Землю?

Для простоты все будет в порядке, если вы захотите предположить, что перехват Земли достаточен, и космический корабль может безопасно вернуться даже на межпланетной скорости (как это делают капсулы возврата образцов).

Я не думаю, что у нас достаточно информации, чтобы ответить на вопрос. Ядерный элемент определяет только количество энергии на борту. Чтобы включить ионный двигатель, нужна мощность, но также и топливо, которое поможет определить тягу и исп. Без этой информации я не думаю, что мы сможем адекватно предположить.
@ChrisR Мне всегда интересно, кто такие «мы», когда люди говорят «мы не знаем». Я думаю, что каждый человек может говорить, исходя из своих знаний (например, «я не знаю»), но не должен априори решать, что никто не может знать достаточно, чтобы составить ответ. Я считаю, что эта проблема заключается в простом расчете дельта-v для повторного перехвата Земли; нужно только отношение сухой массы к общей массовой доле и Isp, верно? Насколько я знаю, ионные двигатели здесь не учитываются.
Расчет дельта-v включает только орбитальную механику, поэтому выбор двигателя и его ISP не имеет значения. Следовательно, если вы хотите получить ответ, относящийся к конкретному подруливающему устройству, вам необходимо учитывать массу транспортного средства, выходную тягу и ISP. (Источник: моя диссертация о полетах на Марс туда и обратно с использованием двигателей малой тяги)
@ChrisR спасибо за учебник по семантике; сначала определяется, сколько delta-v требуется в каждой точке из орбитальной механики, затем определяется, сколько delta-v доступно, исходя из сухой / общей массовой доли в каждой точке и Isp, чтобы решить, возможно ли / когда это возможно. (Источник: знания) И опять же, малая тяга или ионные двигатели здесь не при чем; это ядерная тепловая двигательная установка. Мы можем догадаться об этом из фразы: «Реактор нагревал газообразный водород и выбрасывал его через сопло».
Разговоры о нагреве водорода ясно указывают на то, что это твердотопливная ядерная тепловая ракета, и мы получим такие же характеристики, как и любая другая твердотопливная ядерная тепловая ракета.
@ikrase подожди, не отвечай, я задам новый вопрос!

Ответы (1)

Весь путь?

Это не совсем осмысленный вопрос. Если у вас достаточно дельта-V, чтобы добраться до Марса и обратно, у вас достаточно дельта-V, чтобы добраться до Марса и обратно. Если вы не находитесь на траектории непрерывной тяги, режимы прерывания не ограничены расстоянием или временем, они ограничены оставшейся дельта-V.

"Сверхбезопасный ядерный" звучит так, будто это вариант ядерной тепловой ракеты . Они действуют почти так же, как обычные химические ракеты, только несколько эффективнее. Как только вы закончите трансмарсианскую инъекцию, у вас не будет возможности «развернуться и вернуться». Возможно, вы сможете сделать какую-то помощь гравитации на Марсе, чтобы получить более быстрое возвращение, но, скорее всего, вы прерветесь, установив орбиту с периодом в два года.

Если взять некоторые цифры из карты дельта-V Солнечной системы , трансмарсианская инъекция с низкой околоземной орбиты требует около 3,6 км/с дельта-V. Орбитальная механика симметрична, так что именно столько дельта-V вам понадобится, чтобы развернуться и вернуться назад. Если вы заправлены только для полета на Марс в один конец, у вас останется достаточно топлива только для тягового захвата: 2,1 км/с, чего недостаточно для прерывания «разворота».

Спасибо за редактирование! Кстати, в вопросе я указал, что топлива достаточно только для одностороннего движения. Ядерное оружие используется для миссий с экипажем, потому что люди скоропортящиеся и иногда сходят с ума, но припасы и топливо для обратной миссии, по-видимому, будут доставлены на Марс заранее с помощью беспилотных роботизированных миссий по доставке.
Если вы решите прервать курс вскоре после TMI и если у вас будет достаточная дельта-v, вы сможете эффективно отменить TMI и вернуться менее чем через два года. Чем длиннее временной интервал «скоро», тем больше дельта-v вам нужно для «достаточного», поэтому я не думаю, что есть разумный способ ответить на этот вопрос.
Пришло время спеть песню I've Got The Need For Delta V.
Как далеко вы сможете добраться до Марса со сверхбезопасными ядерными двигателями и водородным топливом, чтобы при этом иметь возможность вернуться на Землю в чрезвычайной ситуации?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v